专利名称：旋转电机以及机动车的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转电机、以及具备该旋转电机的机动车。
背景技术：
现有技术中，作为用作车辆驱动的永久磁体旋转电机，多采用在高速旋转时能够进行磁场减弱，且能够应用磁阻转矩的带辅助凸极的填埋式永久磁体式旋转电机。例如，专利文献1(专利第33088 号公报)中公开了，通过在转子中设置永久磁体和空隙，从而兼顾高输出和低转矩波动的填埋式永久磁体旋转电机的构造。另外，作为可实现机械高旋转化的填埋磁体式旋转电机的构造，公知有专利文献 2(日本特开2006-187189号公报)所记载的构造。现有技术文献专利文献专利文献1专利第33088 号公报专利文献2特开2006-187189号公报
发明内容
发明要解决的课题对于车辆驱动所采用的永久磁体式旋转电机，每种体格所要求的转矩非常大。另外，为了使从旋转电机输出的转矩变大，一般而言只要使定子线圈中流动的电流变大即可。 但是，当使电流变大时，会使发热变大相应的量，因而会对电流密度产生热方面的制约。因此，在车辆驱动所采用的永久磁体式旋转电机中为了输出尽可能多的转矩，较为有效的是对永久磁体的磁通进行有效利用。在填埋式永久磁体式旋转电机中，为了增加永久磁体的有效磁通，只要使永久磁体的填埋深度变小(变浅)来使泄漏磁通变少即可。但是，由于车辆驱动所采用的填埋式永久磁体旋转电机是在高旋转下被使用的，因此为了使永久磁体的填埋深度变小(变浅)， 需要提供一种使离心力对应的机械强度提高，耐高旋转的构造。根据本发明的第一技术方案，一种旋转电机，具备定子，该定子具有定子铁芯和卷绕在定子铁芯的定子线圈；和转子，该转子被支撑为相对于定子可自由旋转，并且具有转子铁芯，在转子铁芯形成多个磁极，进而在相邻的磁极之间形成用于产生磁阻转矩的辅助凸极，转子的各磁极，具备在转子铁芯形成的磁体插入孔、在磁体插入孔内收纳的永久磁体、以及在永久磁体与辅助凸极之间形成的非磁性部， 永久磁体，按照该永久磁体的定子侧成为N极或者S极中的一方，其相反侧成为N极或者S 极中的另一方的方式被磁化，并且按照在转子的圆周方向，磁化方向按每个磁极反转的方式被磁化，在转子中比永久磁体更靠近定子侧的转子铁芯作为磁极片发挥作用，另外比非磁性部更靠近定子侧的转子铁芯作为连接磁极片和辅助凸极的桥部发挥作用，在桥部中， 在描绘以转子的旋转轴为中心并穿过永久磁体插入孔的最靠近定子侧的呈圆弧状的虚拟线的情况下，非磁性部的在定子侧的一边，具有从永久磁体侧向辅助凸极侧沿着虚拟线延伸的第1边，非磁性部在辅助凸极侧的一边，具有沿着与定子相反的方向延伸的第2边，第 1边和第2边之间通过曲线连接。根据本发明的第二技术方案，在第一技术方案的旋转电机中，非磁性部的第2边， 具有大致沿着穿过辅助凸极的q轴的磁通的形状。根据本发明的第三技术方案，在第一技术方案的旋转电机中，优选曲线的长度相对于第1边的长度之比处于0. 5 2的范围。根据本发明的第四技术方案，在第一技术方案的旋转电机中，优选非磁性部的在定子侧的一面，在第1边与曲线之间，具有将两条边大致以直线进行连接的第3边。根据本发明的第五技术方案，在第一技术方案的旋转电机中，优选非磁性部的在直径方向的厚度比磁体的在直径方向的厚度小。根据本发明的第六技术方案，在第一技术方案的旋转电机中，优选对一个磁体插入孔插入多个磁体。根据本发明的第七技术方案，在第六技术方案的旋转电机中，优选在多个磁体之间至少具有一个非磁性部。根据本发明的第八技术方案，在第一技术方案的旋转电机中，优选定子线圈以分布绕组的方式卷绕，将磁体的极弧率设定在0. 50士0. 05的范围，将非磁性部的极弧率设定在0. 70士0. 05的范围。根据本发明的第九技术方案，在第一技术方案的旋转电机中，优选定子线圈以集中绕组的方式卷绕，将磁体的极弧率设定在0. 66士0. 05的范围，将非磁性部的极弧率设定在0. 80士0. 05的范围。根据本发明的第十技术方案，一种机动车，具备第一技术方案所述的旋转电机； 供给直流电力的蓄电池；以及将蓄电池的直流电力变换为交流电力以提供给旋转电机的变换装置，该机动车将旋转电机的转矩用作驱动力。发明效果根据本发明，在转子铁芯中能够缓和基于离心力而产生的应力集中。
图1是表示本实施方式的搭载了旋转电机的混合动力型电动机动车的概略结构的图。图2是表示电力变换装置600的电路图的图。图3是表示本实施方式的旋转电机的剖面图。图4是表示本实施方式的定子230以及转子250的剖面的图。图5是说明磁阻转矩的图。图6是将本实施方式的永久磁体254的附近放大后显示的图。图7是将本实施方式的桥部258附近放大后显示的图。图8是表示本实施方式的桥部258附近的牵引力的方向的图。图9是作为一种比较例，示出桥部258附近的牵引力的方向的图。图10是作为一种比较例，示出桥部258附近的牵引力的方向的图。
图11是表示本实施方式的未通电时的磁通线的分布的图。图12是作为一种比较例，示出在未通电时的磁通线的分布的图。图13是表示本实施方式的通电时的磁通线的分布的图。图14是作为一种比较例，示出在通电时的磁通线的分布的图。图15是表示采用了实施例的定子230以及转子250的剖面的图，表示在辅助凸极部259的外周侧设置了槽330的旋转电机。图16是表示采用了实施例的定子230以及转子250的剖面的图，表示一个极采用多个永久磁体254的旋转电机。图17是表示采用了实施例的定子230以及转子250的剖面的图，表示集中绕组的旋转电机。
具体实施例方式
以下，基于附图对本发明的实施例进行说明。如以下所说明，本发明的旋转电机，能够兼顾高转矩化和高旋转化。因此，适于用作例如电动机动车的行驶用电动机。本发明的旋转电机，还能够使用于仅利用旋转电机进行行驶的纯粹的电动机动车、或通过引擎和旋转电机双方而被驱动的混合动力型的电动机动车，但以下以混合动力型的电动机动车为例进行说明。图1是表示本发明的一实施方式的搭载了旋转电机的混合动力型电动机动车的概略结构的图。在车辆100中搭载了引擎120、第1旋转电机200、第2旋转电机202、以及蓄电池180。蓄电池180，在需要基于旋转电机200、202的驱动力的情况下，对旋转电机200、 202供给直流电力，在再生行驶时从旋转电机200、202接收直流电力。蓄电池180与旋转电机200、202之间的直流电力的授受，是经由电力变换装置600而进行的。另外，虽然未图示，但在车辆中搭载供给低电压电力(例如14伏特系电力)的蓄电池，对以下所说明的控制电路供给直流电力。基于引擎120以及旋转电机200、202的旋转转矩，经由变速设备130和差速齿轮 160而被传递给前轮110。变速设备130被变速设备控制装置134控制，引擎120被引擎控制装置IM控制。蓄电池180被蓄电池控制装置184控制。变速设备控制装置134、引擎控制装置124、蓄电池控制装置184、电力变换装置600以及综合控制装置170通过通信线路 174而连接。综合控制装置170，经由通信线路174从比综合控制装置170更下位的控制装置、 即变速设备控制装置134、引擎控制装置124、电力变换装置600以及蓄电池控制装置184 接收表示各自的状态的信息。综合控制装置170，基于这些信息来运算各控制装置的控制指令。所运算的控制指令，经由通信线路174被发送给各自的控制装置。高电压的蓄电池180由锂离子电池或者镍氢电池等2次电池构成，并输出250伏特至600伏特、或者600伏特以上的高电压的直流电力。蓄电池控制装置184，经由通信线路174将蓄电池180的放电状況或构成蓄电池180的各单位单元电池的状态输出给综合控制装置170。综合控制装置170在基于来自蓄电池控制装置184的信息而判断需要进行蓄电池 180的充电时，向电力变换装置600发出发电运转的指示。另外，综合控制装置170，主要进行引擎120以及旋转电机200、202的输出转矩的管理、引擎120的输出转矩和旋转电机 200,202的输出转矩的综合转矩或转矩分配比的运算处理、以及基于该运算处理结果将相应的控制指令向变速设备控制装置134、引擎控制装置124以及电力变换装置600的发送。 电力变换装置600，基于来自综合控制装置170的转矩指令，按照产生与指令一致的转矩输出或者发电电力的方式对旋转电机200、202进行控制。在电力变换装置600中，为了对旋转电机200、202进行运转而设置构成逆变器的功率半导体。电力变换装置600，基于来自综合控制装置170的指令对功率半导体的开关动作进行控制。通过这样的功率半导体的开关动作，旋转电机200、202作为电动机或者作为发电机而运转。在旋转电机200、202作为电动机而运转的情况下，将高电压的来自蓄电池180的直流电力提供给电力变换装置600的逆变器的直流端子。电力变换装置600，通过对功率半导体的开关动作进行控制，从而将所供给的直流电力变换为3相交流电力并提供给旋转电机200、202。另一方面，在旋转电机200、202作为发电机而运转的情况下，旋转电机200、 202的转子借助从外部施加的旋转转矩而被旋转驱动，旋转电机200、202的定子线圈中产生3相交流电力。所产生的3相交流电力通过电力变换装置600被变换为直流电力，通过将该直流电力提供给高电压的蓄电池180，从而进行充电。图2表示图1的电力变换装置600的电路图。在电力变换装置600中设置用于旋转电机200的第1逆变器装置、用于旋转电机202的第2逆变器装置。第1逆变器装置具备功率模块610、对功率模块610的各功率半导体21的开关动作进行控制的第1驱动电路652、以及对旋转电机200的电流进行检测的电流传感器660。驱动电路652被设置于驱动电路基板650中。另一方面，第2逆变器装置具备功率模块620、对功率模块620中的各功率半导体21的开关动作进行控制的第2驱动电路656、对旋转电机202的电流进行检测的电流传感器662。驱动电路656被设置于驱动电路基板654中。设置于控制电路基板646中的控制电路648、电容器模块630以及安装在连接器基板642中的收发电路644， 在第1逆变器装置和第2逆变器装置中是被共同使用的。功率模块610、620根据从分别对应的驱动电路652、656输出的驱动信号而执行动作。功率模块610、620，将分别从蓄电池180供给的直流电力变换为三相交流电力，并将该电力提供给作为对应的旋转电机200、202的电枢线圈的定子线圈。另外，功率模块610、 620，将旋转电机200、202的定子线圈所感应的交流电力变换为直流，并提供给高电压蓄电池 180。功率模块610、620具备图2所记载的3相桥电路，与3相对应的串联电路分别并联电连接在蓄电池180的正极侧与负极侧之间。各串联电路具备构成上臂的功率半导体 21、和构成下臂的功率半导体21，这些功率半导体21被串联连接。功率模块610和功率模块620，如图2所示，电路结构基本相同，在此以功率模块610为代表进行说明。本实施方式中，采用IGBT (绝缘栅极型双极晶体管)21作为开关用功率半导体元件。IGBT21具备集电极电极，发射极电极以及栅极电极这三个电极。在IGBT21的集电极电极与发射极电极之间电连接二极管38。二极管38具备阴极电极以及阳极电极这两个电极，按照从IGBT21的发射极电极至集电极电极的方向为正向的方式，分别将阴极电极与 IGBT21的集电极电极电连接，将阳极电极与IGBT21的发射极电极电连接。
另外，作为开关用功率半导体元件，也可以采用MOSFET (金属氧化物半导体型场效应晶体管)。M0SFET，具备漏极电极、源极电极以及栅极电极这三个电极。在MOSFET的情况下，在源极电极与漏极电极之间具备将从漏极电极朝向源极电极的方向为正向的寄生二极管，因此不需要设置图2的二极管38。各相的臂，是将IGBT21的发射极电极与IGBT21的集电极电极串联电连接而构成的。另外，在本实施方式中，虽然各相的各上下臂的IGBT只图示一个，但由于所控制的电流容量大，因此实际上是将多个IGBT并联电连接而构成的。以下，为了使说明简单，作为一个功率半导体进行说明。在图2所示的例子中，各相的各上下臂分别由三个IGBT构成。分别将各相的各上臂的IGBT21的集电极电极与蓄电池180的正极侧电连接，将各相的各下臂的IGBT21的源极电极与蓄电池180的负极侧电连接。各相的各臂的中点(上臂侧IGBT的发射极电极与下臂侧的IGBT的集电极电极之间的连接部分)，与对应的旋转电机200、202中对应的相的电枢线圈(定子线圈)电连接。驱动电路652、656，构成用于对所对应的逆变器装置610、620进行控制的驱动部， 并基于从控制电路648输出的控制信号，产生驱动IGBT21的驱动信号。在各个驱动电路 652,656中产生的驱动信号，分别被输出给所对应的功率模块610、620的各功率半导体元件的栅极。在驱动电路652、656中分别设置6个用于产生对各相的各上下臂的栅极提供的驱动信号的集成电路，将6个集成电路作为1个块构成。控制电路648构成各逆变器装置610、620的控制部，通过运算用于使多个开关用功率半导体元件工作(接通/断开)的控制信号(控制值)的微型计算机而构成。向控制电路648输入来自上位控制装置的转矩指令信号(转矩指令值)、电流传感器660，662的传感器输出、以及搭载在旋转电机200、202中的旋转传感器的传感器输出。控制电路648基于这些输入信号对控制值进行运算，并对驱动电路652、656输出用于对开关定时进行控制的控制信号。安装在连接器基板642中的收发电路644，用于对电力变换装置600与外部控制装置之间进行电连接，经由图1的通信线路174与其他装置之间进行信息的收发。电容器模块630，构成用于对通过IGBT21的开关动作而产生的直流电压的变动进行抑制的平滑电路，与第1功率模块610或第2功率模块620中的直流侧的端子并联电连接。图3表示图1的旋转电机200或者旋转电机202的剖面图。旋转电机200与旋转电机202几乎为相同的构造，以下以旋转电机200的构造为代表例进行说明。另外，以下所示的构造，不需要用于旋转电机200、202双方，也可至少用于其中一方。在壳体212的内部保持定子230，定子230具备定子铁芯232和定子线圈238。在定子铁芯232的内侧经由空隙222可旋转地保持转子250。转子250具备转子铁芯252、 永久磁体254、和非磁性体的填充板(A 板)2 ，转子铁芯252被固定于轴218中。壳体 212具有设置了轴承216的一对尾轴承架(end bracket) 214，轴218通过这些轴承216可自由旋转地被保持。如图3所示，在轴218中设置对转子250的极的位置或旋转速度进行检测的旋转变压器(resolver) 224。来自该旋转变压器2 的输出，被取入到图2所示的控制电路648。 控制电路648，基于所被取入的输出将控制信号输出给驱动电路653。驱动电路653，将与该控制信号相应的驱动信号输出给功率模块610。功率模块610，基于控制信号进行开关动作，将从蓄电池180供给的直流电力变换为3相交流电力。该3相交流电力，被提供给图3 所示的定子线圈238，并在定子230中产生旋转磁场。3相交流电流的频率，基于旋转变压器224的检测值而被控制，3相交流电流的转子250对应的相位，也基于该旋转变压器2M 的检测值而被控制。图4是表示定子230以及转子250的剖面的图，表示图3的A-A剖面图。另外，在图4中，省略了壳体212、轴218以及定子线圈238的记载。在定子铁芯232的内周侧，遍布整个周长均等地配置多个槽M和齿236。另外， 在图5中，未对槽以及齿全部附加符号，而是代表性地仅对一部分齿和槽附加了符号。在槽 24内设置槽绝缘(省略图示)，安装构成定子线圈238的u相 w相的多个相线圈。在本实施例中，采用分布绕组作为定子线圈238的卷绕方式。所谓分布绕组，是指按照在跨越多个槽M而离开的两个槽中收纳相线圈的方式， 将相线圈缠绕在定子铁芯232的线圈方式。在本实施例中，由于采用分布绕组作为线圈方式，因此所形成的磁通分布接近于正弦波状，容易得到磁阻转矩。因此，能够灵活应用磁场减弱控制和磁阻转矩，不仅能实现低旋转速度的控制，还能实现至高旋转速度为止的广旋转数范围的控制，适于获得电动机动车等的电动机特性。另外，在转子铁芯252开设插入矩形磁体的磁体插入孔253，在该磁体插入孔253 中填埋永久磁体2M并通过黏着剂等进行固定。磁体插入孔253的圆周方向的宽度，被设定为比永久磁体邪4的圆周方向的宽度大，在永久磁体邪4的两侧形成磁空隙257。该磁空隙257中既可以填埋黏着剂，也可以通过整形树脂而固定为与永久磁体邪4 一体。永久磁体2M作为转子250的场磁极发挥作用。另外，磁空隙也称作非磁性部。永久磁体254的磁化方向朝向直径方向，磁化方向的朝向按每个场磁极而反转。 即，如果将永久磁体25 在定子侧的一面作为N极，将轴侧的一面作为S极，则相邻的永久磁体254b的在定子侧的一面成为S极，在轴侧的一面成为N极。并且，这些永久磁体25如、 254b在圆周方向交替配置。在本实施方式中，各永久磁体邪4被等间隔地配置12个，转子 250成为12极。永久磁体254既可以在磁化之后埋入转子铁芯252中，也可以在磁化前在插入到转子铁芯252中之后赋予强大的磁场进行磁化。磁化后的永久磁体2M是强大的磁体，若在将永久磁体254固定在转子250中之前对磁体进行着磁，则在永久磁体254固定时会在与转子铁芯252之间产生强大的吸引力，该向心力会妨碍作业。另外，由于强大的吸引力， 会导致产生铁粉等尘土附着在永久磁体2M上之虞。因此，在将永久磁体2M插入到转子铁芯252之后进行磁化的情况下，会更加提高旋转电机的生产性。永久磁体254，采用钕系，钐系的烧结磁体或铁氧体磁体，钕系的粘结磁体等。永久磁体254的残留磁通密度大致为0. 4 1. 3T程度。当通过3相交流电流在定子230中产生旋转磁场时，该旋转磁场作用于转子250 的永久磁体25^、254b产生磁体转矩。进而，对转子250除了作用该磁体转矩之外还作用磁阻转矩。图5是说明磁阻转矩的图。一般而言，将磁通穿过磁体中心的轴称作d轴，将磁通在从磁体的一个极之间流向另一个极之间的轴称作q轴。这时，将位于磁体的极之间的中心的铁芯部分称作辅助凸极部259。由于在转子250中设置的永久磁体254的透磁率与空气大致相同，因此在从定子侧观看的情况下，d轴部在磁性上处于凹陷状，q轴部在磁性上处于凸起状。因此，q轴部的铁芯部分称作凸极。磁阻转矩因该d轴与q轴的磁通的易穿过性之差、即凸极比而产生。从而，因辅助凸极部259会在相邻的磁极之间产生磁阻转矩。图6是将图4所示的剖面图的1个极放大显示的图。在转子铁芯252中在永久磁体邪4的两侧形成磁空隙257，这是为了降低齿形(cogging)转矩或通电磁的转矩脉动而设置的。进而，磁空隙257在直径方向的厚度比永久磁体2M在直径方向的厚度小，对永久磁体254向转子250的圆周方向的活动进行限制，不必使用新的部件便能够保证良好的组装性。另外，在插入永久磁体254的磁体插入孔253与转子铁芯252的外圆周之间所存在的铁芯256中，按照在桥部258处直径方向的厚度变得最小的方式而设定。在此，在转子250中比永久磁体2M更靠近定子230侧的转子铁芯252作为磁极片发挥作用，另外比磁空隙257更靠近定子230侧的转子铁芯252作为连接磁极片与辅助凸极的桥部发挥作用。另外，τ ρ是永久磁体254的极间距，τ m是永久磁体254的宽度角度，τ g是将永久磁体邪4与在其两侧设置的磁空隙257对齐的角度。通过对这些角度的比τπι/τρ进行调整，从而针对齿形转矩，通过对Tg/τ ρ进行调节从而能够使转矩波动变小。之后，将 Tm/τ ρ称作磁体的极弧率，将τ g/ τ ρ称作空隙的极弧率。在此，在将定子230设为分布绕组的情况下，通过将磁体的极弧率设定在 0.50士0.05的范围，从而尤其能够使齿形转矩变小。另外，通过将空隙的极弧率设定在 0. 70士0. 05的范围，从而尤其能够使转矩波动变小，进而还能够有效地使用磁阻转矩。另一方面，在将定子230设为集中绕组的情况下，通过将磁体的极弧率设定在 0.66士0.05的范围内，从而尤其能够使齿形转矩变小。另外，通过将空隙的极弧率设定在 0. 80士0. 05的范围，从而尤其能够使转矩波动变小，进而还能够有效使用磁阻转矩。图7是将图6所示的部位B放大后显示的图。永久磁体254，通过磁体插入孔253的在外周侧的面253a与内周侧的面25 来对转子250向直径方向的活动进行限制，从而不必使用新的部件便能够实现良好的组装性。另外，桥部258的在转子250内周侧的面257a， 是在铁芯256处直径方向的厚度变得最小的部位，在描绘以转子250的旋转轴为其中心来穿过永久磁体插入孔253的在最靠近定子230侧的圆弧状的虚拟线310的情况下，最初，磁空隙257中定子230侧的一边具有从永久磁体2M侧向辅助凸极部259侧沿着虚拟线310 延伸，之后从虚拟线310缓缓离开的第1边。如果换一种表现方式，则桥部258在转子250 内周侧的面257a，处于以转子250的旋转轴为中心，相对于通过面253a与面257a的交点S 的圆弧状的虚拟线310并非凸起状的同心圆形状。另外，磁空隙257在辅助凸极部259侧的一边具有沿着与定子230相反的方向延伸的第2边(磁空隙257在辅助凸极部259侧的一面257c)，上述第1边和第2边之间通过曲线连接。如果换一种表现方式，则存在于面257a的一端的面257b，按照描绘比虚拟线 310的半径小的半径的方式呈R形状。另外，磁空隙257的第2边(磁空隙257的在辅助凸极部259侧的面257c)具有大致沿着穿过上述辅助凸极的q轴的磁通的形状。另外，在磁空隙257的形状相对于第1边的长度的曲线长之比处于0. 5 2的范
10围的情况下，本发明尤其发挥效果。图8表示在本实施方式的旋转电机中，在转子250旋转时在桥部258产生的力的方向。通过转子250的旋转，在永久磁体254与转子铁芯252中分别产生离心力，随之，在桥部258产生牵引力320。这时，面257a与牵引力320变得大致平行，沿着牵引力320的方向直行的桥部258的厚度为大致均勻，故而能够使在面257a产生的应力集中的程度变小。 另外，位于其两端的面257b具有曲线(被加工成R形状)，因此能够进一步减少应力。另外，虽然未图示，但在磁空隙257的定子230侧的面，即使在上述第1边与曲线之间，设置将两条线大致以直线来进行连接的第3边，也能够使应力变小。图9作为一种比较例，示出在去掉面257b而设为角257d的情况下，在转子250 旋转之际所产生的力的方向。这种情况下，面257a也与牵引力320大致平行，能够使在面 257a产生的应力集中的程度变小，但因桥部258在直径方向的厚度会在角257d的部分急剧变化，故而会在角257d产生较大的应力。图10作为一种比较例，示出在面257a相对于虚拟线310为凸起的情况下，在转子 250旋转时所产生的力的方向。这种情况下，在桥部258中直径方向的厚度变得最小的部位成为点，沿着牵引力320的方向直行的厚度并非均一，因而会在面257a产生大的应力。在图8所示的本实施方式的旋转电机、和图10的比较例的旋转电机中，将桥部258 在直径方向的厚度变得最小的部位的厚度设为相同的情况下，图8的旋转电机能够在外周侧形成永久磁体254，因而铁芯256的重量变小，所产生的离心力本身也变小。图11表示本实施方式的旋转电机的定子230以及转子250中的、定子线圈238未通电时的磁通线的分布。从永久磁体邪4发出的磁通，能够划分为在转子铁芯252内泄漏的泄漏磁通、和穿过定子铁芯232而与定子线圈238链接的有效磁通。有效磁通，通过在定子线圈238中通电，从而产生磁体转矩。泄漏磁通在从永久磁体25 的外周侧发出之后， 穿过桥部258，经由辅助凸极部259，而进入永久磁体25 的内周侧、或者进入处于相邻的磁极的永久磁体254b的外周侧。该泄漏磁通，不影响磁体转矩发生，但会使桥部258饱和， 使剩下的磁通向定子铁芯232侧发出，成为有效磁通。即，为了实现高转矩化，需要以更少的泄漏磁通使桥部258饱和，使有效磁通变多。在本实施方式中，由于能够降低通过旋转而产生的应力，因此能够使桥部258的厚度比现有技术更小，使桥部258的磁阻抗变大，从而能够使泄漏磁通变少，因此能够兼顾高转矩化和高旋转化。进而，在铁芯256中，直径方向的厚度最小的部位不是点，而是连续的，因此能够使桥部258的磁阻抗比现有技术更大，使泄漏磁通变少的效果也大。图12作为一个比较例，示出在桥部258a处于磁极中心的情况下的定子230以及转子250中、在定子线圈238未通电时的磁通线的分布。这种情况下，由于通过桥部258a 能够支撑在永久磁体2M中产生的离心力，因此能够实现高旋转化，但追加到桥部258而桥部258a也成为泄漏磁通的路径，其结果，由于有效磁通变少，因此难以实现高转矩化。图13表示本实施方式的旋转电机的定子230以及转子250中、定子线圈238通电时的磁通线的分布。通过使面257c与q轴大致平行，从而磁通容易穿过q轴，使磁阻转矩提尚。图14作为一个比较例，表示在面257a相对于虚拟线310为凸起的情况下的旋转电机的定子230以及转子250中、在定子线圈238通电时的磁通线的分布。
在图13所示的本实施方式的旋转电机、和图14的比较例的旋转电机中，将在桥部 258中直径方向的厚度成为最小的部位的厚度设为相同的情况下，图13的旋转电机在外周侧形成永久磁体254，从而能够使铁芯256与空隙222的磁通的流向相对于转子250的直径方向大大弯曲，能够使磁体转矩提高。图15表示采用了本发明的其他旋转电机的剖面放大图。在辅助凸极部259中，即使在转子铁芯252的外周侧设置了槽330的情况下，如果槽330与磁空隙257之间的厚度为桥部258的在直径方向的厚度成为最小的部位的厚度以上，则通过应用本发明从而能够得到同等的效果。图16表示采用本发明的其他旋转电机的剖面放大图。即使在每一个极采用了多个永久磁体2M的情况下，如果未在桥部258以外设置泄漏磁通量的路径，则通过应用本发明也能够得到同样的效果。通过将永久磁体邪4分割为多个，从而能够降低在永久磁体254 的表面流动的涡电流，能够实现发热降低或效率提高。图17表示采用了本发明的其他旋转电机的剖面放大图。即使在将定子230设为集中绕组的情况下，也能够得到同样的效果。即，本发明不依赖于定子的形态。以上虽然以车辆驱动用的电动机为例进行了说明，但本发明并非限于车辆驱动用，还能够应用于各种电动机。进而，不限于电动机，还能够应用于发电机等各种旋转电机中。另外，只要不破坏本发明的特征，本发明不限定于上述任何实施方式。根据本发明，在转子铁芯中能够缓和基于离心力而产生的应力集中。另外，由此能够既耐高旋转又能够有效利用永久磁体的磁通，进而还能够有效利用磁阻转矩，因此能够廉价提供一种适于能够兼顾高转矩化和高旋转化的车辆驱动的永久磁体式旋转电机。将以下的优先权基础申请的公开内容通过援引而组入本申请中。日本专利申请2009年第254539号(2009年11月6日申请)。
权利要求
1.一种旋转电机，具备定子，该定子具有定子铁芯和卷绕在所述定子铁芯的定子线圈；和转子，该转子被支撑为相对于所述定子可自由旋转，并且具有转子铁芯，在所述转子铁芯形成多个磁极，进而在相邻的所述磁极之间形成用于产生磁阻转矩的辅助凸极，所述转子的各磁极，具备在所述转子铁芯形成的磁体插入孔、在所述磁体插入孔内收纳的永久磁体、以及在所述永久磁体与所述辅助凸极之间形成的非磁性部，所述永久磁体，按照该永久磁体的定子侧成为N极或者S极中的一方，该永久磁体的定子侧的相反侧成为N极或者S极中的另一方的方式被磁化，并且按照在转子的圆周方向，磁化方向按每个磁极反转的方式被磁化，在所述转子中比所述永久磁体更靠近定子侧的所述转子铁芯作为磁极片发挥作用，另外比所述非磁性部更靠近定子侧的所述转子铁芯作为连结所述磁极片和所述辅助凸极的桥部发挥作用，在所述桥部中，在描绘以转子的旋转轴为中心并穿过所述永久磁体插入孔的最靠近定子侧的呈圆弧状的虚拟线的情况下，所述非磁性部的在定子侧的一边，具有从所述永久磁体侧向所述辅助凸极侧沿着所述虚拟线延伸的第1边，所述非磁性部的在所述辅助凸极侧的一边，具有沿着与定子相反的方向延伸的第2边，所述第1边和所述第2边之间通过曲线连结。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述非磁性部的所述第2边，具有大致沿着穿过所述辅助凸极的q轴的磁通的形状。
3.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述曲线的长度相对于所述第1边的长度之比处于0. 5 2的范围。
4.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述非磁性部的在定子侧的一面，在所述第1边与所述曲线之间，具有将两条边大致以直线进行连接的第3边。
5.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述非磁性部的在直径方向的厚度比所述磁体的在直径方向的厚度小。
6.根据权利要求1所述的旋转电机，其中， 对一个所述磁体插入孔插入多个磁体。
7.根据权利要求6所述的旋转电机，其中， 在所述多个磁体之间至少具有一个非磁性部。
8.根据权利要求1所述的旋转电机，其中， 所述定子线圈以分布绕组的方式卷绕，将所述磁体的极弧率设定在0. 50士0. 05的范围，将所述非磁性部的极弧率设定在 0. 70士0. 05 的范围。
9.根据权利要求1所述的旋转电机，其中， 所述定子线圈以集中绕组的方式卷绕，将所述磁体的极弧率设定在0. 66士0. 05的范围，将所述非磁性部的极弧率设定在 0. 80士0. 05 的范围。
10.一种机动车，具备权利要求1所述的旋转电机； 供给直流电力的蓄电池；以及将所述蓄电池的直流电力变换为交流电力以提供给所述旋转电机的变换装置， 所述机动车将所述旋转电机的转矩用作驱动力。
全文摘要
本发明的旋转电机具备定子，其具有定子铁芯和卷绕在定子铁芯的定子线圈；转子，其被支撑为相对于定子可自由旋转，并且具有转子铁芯，在转子铁芯形成多个磁极，进而在相邻的磁极之间形成用于产生磁阻转矩的辅助凸极，转子的各磁极，具备在转子铁芯形成的磁体插入孔、在磁体插入孔内收纳的永久磁体、以及在永久磁体与辅助凸极之间形成的非磁性部，上述永久磁体，按照其定子侧成为N极或者S极中的一方，其相反侧成为N极或者S极中的另一方的方式被磁化，并且按照在转子的圆周方向，磁化方向按每个磁极而反转的方式被磁化，在转子中比永久磁体更靠近定子侧的转子铁芯作为磁极片发挥作用，另外比非磁性部更靠近定子侧的转子铁芯作为连接磁极片和辅助凸极的桥部发挥作用，在桥部中，在描绘以转子的旋转轴为中心并穿过永久磁体插入孔的最靠近定子侧的呈圆弧状的虚拟线的情况下，非磁性部的在定子侧的一边，具有从永久磁体侧向辅助凸极侧沿着虚拟线延伸的第1边，非磁性部的在辅助凸极侧的一边，具有沿着与定子相反的方向延伸的第2边，第1边和第2边之间通过曲线连接。
文档编号H02K1/27GK102598476SQ20108004875
公开日2012年7月18日 申请日期2010年8月24日 优先权日2009年11月6日
发明者斋藤泰行, 日野德昭, 杉本慎治, 贝森友彰 申请人:日立汽车系统株式会社